CN102467969B - 为数据存储设备中的辅助电源充电的方法及相关设备 - Google Patents

为数据存储设备中的辅助电源充电的方法及相关设备 Download PDF

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Abstract

可以提供一种操作数据存储设备的方法，该方法包括在对数据存储设备加电或热插拔数据存储设备时，在包括半导体存储器的数据存储设备处接收第一电力和第二电力。可以将第一电力施加到数据存储设备，并且基于出现因施加第一电力而产生的涌入电流的时间，在延迟之后向包括在数据存储设备中的辅助电源施加第二电力。还公开了相关的设备。

Description

为数据存储设备中的辅助电源充电的方法及相关设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年11月8日提交的韩国专利申请第10-2010-0110536号的优先权，其内容通过全文引用合并于此。
技术领域
示例性实施例涉及电子领域，更具体地说，涉及半导体数据存储设备。
背景技术
诸如固态盘(solid state disk，SSD)的数据存储设备已被用来取代硬盘驱动器(hard disk drive，HDD)。与HDD不同，SSD可以包括较少的机械组件，特别是较少的活动组件。与HDD相比，SSD能够具有较短的时延，从而可以以较高的速度执行读写操作。
发明内容
根据本发明构思的实施例能够提供为数据存储设备中的辅助电源充电的方法以及相关设备。根据这些实施例，能够提供一种操作数据存储设备的方法，该方法可以包括对包括半导体存储器以作为主存储单元的数据存储设备加电或热插拔。可以向数据存储设备供电，并且数据存储设备的辅助电源的充电操作可以延迟，从而能够在产生涌入电流(inrush current)之后对辅助电源充电。
在根据本发明构思的一些实施例中，可以在向数据存储设备的内部元件供电结束后对辅助电源充电。在根据本发明构思的一些实施例中，能够提供一种操作数据存储设备的方法，该方法可以包括对包括半导体存储器以作为主存储单元的数据存储设备加电或热插拔。可以向数据存储设备供应第一电力和第二电力，并且可以向数据存储设备的内部元件供应第一电力。在第二电力被施加到数据存储设备并且经过了预定时间之后，可以用第二电力对辅助电源充电，并且当数据存储设备突然失去供电时，可以从辅助电源向数据存储设备的内部元件供电。
在根据本发明构思的一些实施例中，在产生涌入电流之后执行对辅助电源的充电。在根据本发明构思的一些实施例中，在向数据存储设备的内部元件供电结束之后执行对辅助电源的充电。在根据本发明构思的一些实施例中，第一电力和第二电力是不同的电压电平。在根据本发明构思的一些实施例中，第一电力和第二电力是相等的电压电平。
在根据本发明构思的一些实施例中，数据存储设备可以包括至少一个非易失性存储器，该非易失性存储器包括在主存储单元中。存储设备控制器可以控制至少一个非易失性存储器的操作。辅助电源可以被配置成在突然断电时向至少一个非易失性存储器和存储设备控制器提供辅助电力。辅助电源可以被配置成在加电或热插拔操作时，在产生涌入电流之后开始充电操作。
在根据本发明构思的一些实施例中，可以在向至少一个非易失性存储器和存储设备控制器供电结束之后开始辅助电力的充电操作。在根据本发明构思的一些实施例中，可以从外部设备供应提供给至少一个非易失性存储器和存储设备控制器的电力和用于对辅助电源充电的电力。
在根据本发明构思的一些实施例中，所述设备还可以包括电源，该电源可以被配置成供应提供给至少一个非易失性存储器和存储设备控制器的电力和用于对辅助电源充电的电力。
在根据本发明构思的一些实施例中，可以提供一种操作数据存储设备的方法，该方法可以包括在对包括半导体存储器的数据存储设备加电或对该数据存储设备热插拔时在该数据存储设备接收第一电力和第二电力。可以将第一电力施加到数据存储设备，并且可以基于出现因施加第一电力而产生的涌入电流的时间，在延迟之后将第二电力施加到该数据存储设备中包括的辅助电源。
在根据本发明构思的一些实施例中，可以基于出现涌入电流的时间，将向辅助电源施加第二电力延迟预定时间，从而在出现涌入电流之后允许开始对辅助电源充电。
在根据本发明构思的一些实施例中，可以响应于检测到涌入电流的出现而延迟向辅助电源施加第二电力。在根据本发明构思的一些实施例中，可以响应于检测到涌入电流的出现已经过去，在延迟后向辅助电源施加第二电力。在根据本发明构思的一些实施例中，所述方法还可以包括在出现涌入电流之后允许开始对辅助电源充电。
附图说明
图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的数据存储设备和包括该数据存储设备的用户设备的框图。
图2是根据本发明构思的示例性实施例的在图1中图示的存储设备控制器的框图。
图3是根据本发明构思的另一个示例性实施例的在图1中图示的存储设备控制器的框图。
图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的辅助电源的框图。
图5是示出图4中图示的延迟单元的框图。
图6是描述根据本发明构思的示例性实施例的数据存储设备的驱动方法的流程图。
图7是示出在驱动常规数据存储设备时产生的电流的变化的示图。
图8是示出在驱动数据存储设备时产生的涌入电流的示图。
图9是示出在根据本发明构思的一些实施例中、在利用了涌入电流减小方法的情况下在驱动数据存储设备时产生的电流的变化的示图。
图10是示出根据本发明构思的另一示例性实施例的数据存储设备的框图。
图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的计算系统的框图。
图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的数据处理系统的框图。
图13是示出图12中图示的海量存储设备的框图。
具体实施方式
下面参照附图更全面地描述本发明构思，附图中示出了本发明构思的实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式具体实现，不应被理解为局限于此处阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开充分和全面，并向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在附图中，为清楚起见，可能夸大层和区域的大小和相对大小。相同的参考标记始终指代相同的元件。
将会理解，虽然此处可能使用词语“第一”、“第二”、“第三”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或扇区，但这些元件、组件、区域、层和/或扇区不受这些词语的限制。这些词语仅仅用于将一个元件、组件、区域、层或扇区与另一个元件、组件、区域、层或扇区区分开来。因而，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或扇区也可被称为第二元件、组件、区域、层或扇区，而不会偏离本发明构思的教导。
此处使用的术语仅仅出于描述具体实施例的目的，并非意图限制本发明构思。此处使用的单数形式“一”、“该”意图也包括复数形式，除非上下文明确给出相反指示。还将理解，当本说明书中使用词语“包括”和/或“包含”时，表明存在所描述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。此出使用的术语“和/或”包括关联的列出项目中的任何一个或一个或多个的所有组合。
将会理解，当一元件或层被称为在另一元件或层“上”或“连接到”、“耦接到”或“邻近”另一元件或层时，其可以直接在所述另一元件或层上或直接连接到、耦接到或邻近该另一元件或层，或者也可以存在居间的元件或层。相反，当一元件或层被称为“直接”在另一元件或层“上”或“直接连接到”、“直接耦接到”或“紧邻”另一元件或层时，不存在居间的元件或层。
除非另外定义，否则此处使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)所具有的含义均与本发明构思所属领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，术语，如通常使用的词典中定义的那些术语，应被解释为其含义与它们在相关领域和/或本说明书的上下文中的含义一致，不应以理想化或过分形式化的方式来解释，除非本文明确地那样定义。
举例来说，将利用固态驱动器(solid state drive，SSD)作为存储设备来描述本发明构思，所述SSD采用半导体存储器中的快闪存储器作为主存储器。但是，根据本发明构思的示例性实施例的存储设备和数据存储方法不仅可以应用于SSD，还可以应用于其他类型的存储设备(如存储卡等)。
在根据本发明构思的一些实施例中，在出现涌入电流时，如在加电后不久或在热插拔(hot-plug)数据存储设备后不久，第一电力PWR1是施加到数据存储设备的唯一电力。直到已经出现过涌入电流之后(即，在涌入电流已经过去之后)，第二电力PWR2(例如12V)才被提供到电力存储电路，从而与对超级电容器(super capacitor)(用作辅助电源)充电相关的电流不会与涌入电流同时出现。这意味着，可以避免在产生涌入电流时数据存储设备产生较大的功耗。结果，可以避免意外的系统故障并提供对数据存储设备的安全稳定的操作。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的数据存储设备和包括该数据存储设备的用户设备的框图。
参照图1，根据本发明构思的示例性实施例的用户设备1000包括主机1100和数据存储设备1200。数据存储设备1200包括存储设备控制器220、一个或多个非易失性存储器201到20n(n是2或大于2的整数)以及辅助电源230。
以下在数据存储设备1200是固态盘或驱动器(SSD)的情况下描述根据本发明构思的实施例。但是，数据存储设备1200不局限于SSD。举例来说，数据存储设备1200可以被集成到一个半导体器件中，成为个人计算机存储卡国际协会(personal computer memory card international association，PCMCIA)卡、CF、SM、SMC、记忆棒、MMC、RS-MMC、MMC-micro、SD卡(SD、miniSD、microSD、SDHC)、UFS等等。
主机1100可以被配置成控制数据存储设备1200。举例来说，主机1100可以包括诸如个人计算机/便携式计算机、PDA、PMP、MP3播放器等等的便携式电子设备。主机1100和数据存储设备1200可以通过标准化的接口互连，所述标准化接口诸如USB、SCSI、ESDI、SATA、SAS、PCI-express(快速PCI)或IDE接口。但是，主机1100和数据存储设备1200的互连方式可以以各种方式实现，不局限于本公开内容。
如图1中所示，如果数据存储设备1200形成SSD，则存储设备控制器220可以形成SSD控制器。
数据存储设备1200经由信号连接器221向主机1100发送信号和从主机1100接收信号，并且经由电力连接器231接收电力。
数据存储设备1200中的非易失性存储器201到20n可以用作数据存储设备1200的主存储器或存储介质。存储设备控制器220响应于来自主机1100的请求控制非易失性存储器201到20n的读取、写入和擦除操作。非易失性存储器201到20n可以是具有海量存储容量的非易失性存储器件NVM。在这种情况下，即使在去除电力后数据存储设备1200仍可以保留其中存储的数据。
在非易失性存储器中，可以使用快闪存储器来实现非易失性存储器201到20n。此外，也可以使用PRAM、MRAM、ReRAM、FRAM等等来实现非易失性存储器201到20n。在一些实施例中，可以使用诸如DRAM或SRAM的易失性存储器或由两种类型存储器形成的混合存储器来实现非易失性存储器201到20n。
形成非易失性存储器201到20n的快闪存储器芯片可由NAND(与非)快闪存储单元(flash memory cell)或NOR(或非)快闪存储单元形成。可替换地，形成非易失性存储器201到20n的快闪存储器芯片可由NAND和NOR快闪存储单元形成。存储单元的群组称为存储单元阵列。在非易失性存储器201到20n中的每一个非易失性存储器中的存储单元阵列可以由多个块形成，每个块具有多个页。每个页包括共用一条字线的多个存储单元。使用一条字线中的存储单元来存储一页或多页。换句话说，每个存储单元可以存储1比特数据或M比特数据(M是2或大于2的整数)。
可以以各种类型来形成存储单元的电荷存储层。举例来说，存储单元的电荷存储层由诸如Si3N4、Al2O3、HfAlO、HfSiO等等的多晶硅或绝缘膜形成。利用诸如Si3N4、Al2O3、HfAlO、HfSiO等等的绝缘膜作为电荷存储层的快闪存储器被称为电荷捕获快闪(charge trap flash，CTF)存储器。
非易失性存储器201到20n可以经由多个通道CH1到CHn与存储设备控制器220连接。一个通道与一个或多个存储器件连接，所述一个或多个存储器件与相同的数据总线连接。
存储设备控制器220经由信号连接器221向主机1100发送和从主机1100接收信号SGL。这里，信号SGL可以包括命令、地址和数据。存储设备控制器220可以根据主机1100的命令向存储器件写入数据或从存储器件读取数据。
从内部或外部电源(power supply)向数据存储设备1200提供电力PWRi以用于各种操作。可以经由多条电力线PWL1到PWLk将从外部设备供应给数据存储设备1200的电力PWRi提供到数据存储设备1200的内部元件。可以将数据存储设备1200的内部元件划分为多个电力域(power domain)。但是，电力可能由于用户疏忽或设备故障而突然中断。本文中有时将这种情况称为“突然断电”。
当突然断电时，数据存储设备1200可能停止工作。此外，数据存储设备1200可能因突然断电而受到损害。举例来说，可能丢失将从数据存储设备1200读取或向数据存储设备1200写入的数据。
为了应对突然断电，数据存储设备1200包括辅助电源230。辅助电源230放置在数据存储设备1200内部或外部。举例来说，辅助电源230位于主板上，以向数据存储设备1200供应辅助电力。辅助电源230可以包括能够存储辅助电力的电力存储电路。可以将充电和放电电荷的电容器用作电力存储电路。以下将描述用电容器(有时在本文中称为“超级电容器”)(参照图4中的235)作为能够存储电荷的电力存储电路的例子。辅助电源230可以经由电力连接器231与主机1100连接。辅助电源230使用来自主机1100的电力PWRi对诸如超级电容器的电力存储电路充电。
辅助电源230可以用作辅助电力以供数据存储设备1200执行操作，从而避免在突然断电之后发生数据或计算丢失。可以经由多个电力线PWL1到PWLk将来自辅助电源230的电压施加到数据存储设备1200的内部元件。
为了减小在加电或热插拔操作时的电流涌入(涌入电流)，数据存储设备1200可以通过延迟向辅助电源设备230中的电力存储电路(例如，超级电容器)施加电力(例如，图4中的PWR2)的时间，或对允许对该电力存储电路充电的时间定时，来延迟对电力存储电路的充电。
在根据本发明构思的一些实施例中，在当加电或热插拔操作时已经出现过涌入电流之后，可以允许对辅助电源230的电力存储电路充电。也就是说，由于在已经出现过涌入电流之后才允许对电力存储电路充电(这会导致较大功耗)，因此可以减小在对数据存储设备1200进行加电或热插拔操作时数据存储设备1200的功耗。因此，可以避免意外的系统故障现象并提供对数据存储设备1200的安全稳定的操作。
图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的在图1中图示的存储设备控制器的示图。
参照图2，存储设备控制器220A包括主机接口222、闪存接口224、处理单元226和本地存储器228。存储设备控制器220A还可以包括ECC电路，用于检测和纠正存储在非易失性存储器201到20n中的数据的错误，存储设备控制器220A也可以包括其他电路。
主机接口222提供与主机1100的接口，闪存接口224提供与非易失性存储器201到20n的接口。处理单元226控制存储设备控制器220A的总体操作。在示例性实施例中，处理单元226可以是商用或定制微处理器。
本地存储器228可以是一个或多个通用存储器，所述通用存储器存储用于操作数据存储设备1200的软件或数据。本地存储器228可以包括高速缓冲器、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、PRAM、快闪存储器、SRAM和DRAM。本地存储器228用于存储将被写入非易失性存储器201到20n或将从非易失性存储器201到20n读取的数据。
图3是示出根据本发明构思的另一示例性实施例的在图1中图示的存储设备控制器的示图。
在图3中，图示了存储设备控制器220B包括多个处理单元226-1到226-N的例子。存储设备控制器220B包括多个处理单元226-1到226-N的架构称为多核处理器。另一方面，如图2中所示，存储设备控制器220A包括一个处理单元226的架构称作单核处理器。
存储设备控制器220B通过多个处理单元226-1到226-N执行总体操作。存储设备控制器220B将多个控制操作分成组，并将组分配给多个处理单元226-1到226-N。利用上述配置，可以并行执行多个控制操作。在示例性实施例中，多个处理单元226-1到226-N可以分别对应于多个通道CH1到CHn。因而，可以独立地控制通道CH1到CHn。利用这样的架构，尽管利用低频率时钟来驱动存储设备控制器220B，但通过对多个通道CH1到CHn进行独立控制仍可以提高存储设备控制器220B的性能。
图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的辅助电源设备的示图，并且图5是示出图4中图示的延迟单元的示图。
参照图4，经由电力连接器231从外部设备(例如，主机1100)向数据存储设备1200供应电力PWRi。向数据存储设备1200供应电力PWRi的电源(power source)可以包括直流电源、交流电源、可充电电池等等。
经由电力连接器231从外部设备提供的电力PWRi可以具有一个或多个电平。例如，在用户设备1000支持SATA接口的情况下，从外部设备经由电力连接器231向数据存储设备1200同时提供3.3V、5V和12V的电力。为此，可以将SATA连接器的P1到P3管脚分配给3.3V的电力，将P7到P9管脚分配给5V的电力，并且将P13到P15管脚分配给12V的电力。
从而可以根据数据存储设备1200的设计方式和用途来使用提供给数据存储设备1200的至少一些或所有电力。例如，如果数据存储设备1200是服务器内部的大容量存储设备，则它可以使用5V和12V的电力。也就是说，不使用3.3V的电力。
在图4中，图示了经由电力连接器231从外部设备提供第一电力PWR1和第二电力PWR2的例子。假定第一电力PWR1是5V，第二电力PWR2是12V。本公开不限制经由电力连接器231供应的电力的数量和类型。例如，第一电力PWR1和第二电力PWR2可以具有相同的电平或互不相同的电平。此外，可以与第一电力PWR1和第二电力PWR2一起向数据存储设备1200提供其他电力。
如图4中所示，可以经由多条电力线PWL1到PWLk将经由电力连接器231提供的第一电力PWR1提供给数据存储设备1200的内部元件。例如，可以将5V的第一电力PWR1提供给存储设备控制器220、多个非易失性存储器201到20n、电压调节器(voltage regulator)、电压检测器223_1到223_k(k是2或大于2的整数)、缓冲存储器等等。可以将诸如存储设备控制器220、多个非易失性存储器201到20n、电压调节器223_1到223_k和缓冲存储器的数据存储设备1200的内部元件分成多个电力域。在示例性实施例中，在从数据存储设备1200被加电到其正常断电期间将第一电力PWR1用作用于操作数据存储设备1200的电力。数据存储设备1200还可以包括一个或多个电压调节器，用于稳定提供给数据存储设备1200的内部元件的电力。
将经由电力连接器231提供的第二电力PWR2提供给辅助电源230，以向在辅助电源230内部提供的电力存储电路充电。在示例性实施例中，在数据存储设备1200突然断电时，可以经由多个电力线PWL1到PWLk将电力存储电路存储的辅助电力供应给数据存储设备1200的内部元件。结果，尽管从外部设备供应的电力可能突然中断，但是通过使用辅助电力仍可以避免数据和计算丢失。
辅助电源230包括延迟单元232、充电器234和充电单元(charge cell)阵列235。
充电单元阵列235可以包括至少一个充电单元。充电单元是指诸如超级电容器的电力存储电路。超级电容器可以存储电荷。在图4中，示例性地图示了四对充电电容器并联连接的例子，其中每对包括两个串联连接的充电电容器。本公开不限制充电单元阵列235的配置。
延迟单元232连接在电力连接器231和充电器(power charger)234之间，并把将从电力连接器231提供的第二电力PWR2施加到充电器234的时间延迟预定时间。在示例性实施例中，延迟单元232将把第二电力PWR2施加到充电器234的时间延迟一秒。使用延迟单元232对施加第二电力PWR2的延迟可以对应于在上电或热插拔操作时在从数据存储设备1200产生涌入电流之后的时间(例如，620ms)。使用延迟单元232对施加第二电力PWR2的延迟不局限于特定的例子(例如，1秒)。可以将该定时确定为在产生涌入电流之后的任何时间。例如，在一些实施例中，可以将该延迟指定为在检测到涌入电流之后允许充电的任何时间。
在图5中，示例性地图示了基于555定时器电路的延迟单元232。可以通过调整延迟单元232的电阻器R1和R2以及电容器C的值来确定第二电力PWR2的施加定时(即，延迟单元232的延迟时间)。延迟单元232的配置不受本公开的限制。
回到图4，充电器234可以使用来自电力连接器231的第二电力PWR2对充电单元阵列235充电。在充电操作期间，充电器234可以向充电单元阵列235供应电荷。在示例性实施例中，充电器234可以包括内部电源设备(未示出)。在这种情况下，充电器234可以使用内部电源设备对充电单元阵列235充电。
充电器234可以包括具有单向元件的输出级。这里，可以使用单向元件来避免来自充电器234的电流或电压反向流动。在示例性实施例中，单向元件可以是二极管。
在突然断电时，可以经由多条电力线PWL1到PWLk将由充电单元阵列235充电的辅助电力供应到数据存储设备1200的内部元件。多个升压器(power booster)可以连接在充电单元阵列235与多条电力线PWL1到PWLk之间。在示例性实施例中，每个升压器将从充电单元阵列235提供的辅助电力升压并向相应的电力线提供升高的电压。每个升压器可以包括在其输出级提供的单向元件。
电力线PWL1到PWLk可以与电压检测器223_1到223_k连接，电压检测器223_1到223_k分别感测(或检测)电力线PWL1到PWLk的电压电平。在根据本发明构思的一些实施例中，电压检测器223_1到223_k中的每一个可以由CMOS晶体管来实现。在另一个示例性实施例中，电压检测器223_1到223_k中的每一个可以被实现为开漏晶体管。
由电压检测器223_1到223_k检测的电压被以线或(wired-OR)的方式连接，以生成复位信号nRST。利用这样的配置，如果电压检测器223_1到223_k中的至少一个检测到低于预定电压的电压，则可以产生复位信号nRST。由电压检测器223_1到223_k生成的复位信号nRST表示断电复位信号。在根据本发明构思的一些实施例中，复位信号nRST在发生突然断电之前生成，从而可以避免数据存储设备1200中的数据和计算丢失。
图6是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的数据存储设备的驱动方法的流程图。
参照图6，根据示例性实施例的数据存储设备1200的驱动方法可以包括执行加电操作或热插拔操作(S1000)。热插拔操作包括在不停止服务器或计算机的服务的情况下添加或更换新的数据存储设备。在这种情况下，服务器或计算机可以无延迟地识别出添加或更换的数据存储设备。
从外部设备(例如，主机1100)向数据存储设备1200供应第一电力PWR1和第二电力PWR2，并且数据存储设备1200向数据存储设备1200的内部元件供应第一电力PWR1。此时，可以延迟对辅助电源230的电力存储电路(例如，超级电容器)的充电操作(S1100)。
检查在数据存储设备1200是否产生涌入电流。例如，如果没有产生涌入电流，则方法转到操作S1100，从而对电力存储电路(例如，超级电容器)的充电操作被延迟，直到产生涌入电流为止。在涌入电流已经过去之后，充电器234使用来自外部设备(例如，主机1100)的第二电力PWR2向电力存储电路(例如，超级电容器)充电。
在示例性实施例中，第一电力PWR1和第二电力PWR2可以具有相同的电压电平(例如，5V)。可替换地，第一电力PWR1和第二电力PWR2可以具有不同的电压电平。这里，第一电力PWR1和第二电力PWR2的电压电平不局限于预定值。
辅助电力的充电操作的开始时间可以是变化的。例如，辅助电力的充电操作可以被延迟到供应给数据存储设备1200的内部元件的电力结束的时间之后为止。由于在突然断电时使用辅助电力来执行数据备份功能，因此在不存在备份数据的初始驱动操作时不使用辅助电力。
图7是示出在不使用根据本发明构思的示例性实施例的涌入电流减小方法的情况下、在驱动数据存储设备时产生的电流的变化的示图。
如果经由电力连接器231从外部设备向数据存储设备1200供应5V的第一电力PWR1和12V的第二电力PWR2，则根据SATA接口规范，5V的第一电力PWR1和12V的第二电力PWR2可以被同时施加到数据存储设备1200。在这种情况下，5V的第一电力PWR1可以被施加到数据存储设备1200的内部元件。12V的第二电力PWR2可以被用于对辅助电源230的超级电容器充电。
参照图7，如果不利用根据本发明构思的示例性实施例的涌入电流减小方案(或如果辅助电源230不具有延迟单元)，则对超级电容器的充电可以在施加第一电力PWR1和第二电力PWR2的时间开始。如图7中所示，在向数据存储设备1200加电或将数据存储设备更换为新的数据存储设备(或执行了热插拔操作)后且经过了大约18.4ms的时间之后，超级电容器开始充电。此时，数据存储设备消耗与以12V的第二电力PWR2对超级电容器充电相关联的大约350mA的电流，并且消耗4.2W的瞬态功率。
在图7中，仅仅图示了基于12V的第二电力PWR2流向数据存储设备的电流。也就是说，在图7中未图示基于5V的第一电力PWR1流向数据存储设备的电流。另一方面，在图8中图示了基于5V的第一电力PWR1流向数据存储设备的电流，而未图示基于12V的第二电力PWR2流向数据存储设备的电流。
这里，根据仿真结果示例性地图示了对超级电容器充电的时间点和流向数据存储设备的电流的值。因此，对超级电容器充电的时间点和流向数据存储设备的电流的值不受本公开的限制。
图8是示出在驱动数据存储设备时产生的涌入电流的示图，图9是示出在采用了根据本发明构思的示例性实施例的涌入电流减小方法的情况下、在驱动数据存储设备时产生的电流的变化的示图。
参照图8，涌入电流会在数据存储设备加电或更换数据存储设备后经过了大约620ms的时间之后产生。例如，如图7中所示，在与12V的第二电力PWR2相关的大约350mA的电流持续流动的同时，还会产生如图8中示出的与5V的第一电力PWR1相关的2.12A的涌入电流。此时，通过第一电力PWR1和第二电力PWR2而流动的瞬态电流可以用表达式2.47A(2.12A+0.35A)来表示，并且可以消耗14.8W(2.12A*5V+0.35A*12V)的瞬态功率。也就是说，当产生涌入电流时，与不产生涌入电流的情况相比，流向数据存储设备的电流以及所消耗的瞬态功率的量可能增加到大约3到4倍。这意味着，当产生涌入电流时数据存储设备所消耗的功率的量会急剧增加。
因涌入电流而导致的功耗急剧增加可能使数据存储设备的组成元件受到损害，降低其他电路的可用电源电压，并导致系统故障。特别是，如果有多个数据存储设备与用户设备1000连接，则在产生涌入电流时消耗的瞬态功率会更加急剧地增加。因此，当与用户设备1000连接的数据存储设备的数量增加时，因涌入电流而导致系统故障的概率也会增加。
为了解决上述问题，如从图9中可理解到的，根据本发明构思的一些实施例的数据存储设备1000可以被配置成在加电操作或热插拔操作之后，延迟允许对辅助电源230的电力存储电路(例如，超级电容器)充电的时间，例如，在加电之后延迟大约1秒。在示例性实施例中，可以通过连接在电力连接器231与充电器234之间的延迟单元232的电压延迟操作来实现对电力存储电路充电的延迟。
延迟单元232将经由充电器234向电力存储电路施加第二电力PWR2的时间点延迟预定时间(例如，1秒)，从而使得在加电操作或热插拔操作时，在从数据存储设备1200产生涌入电流(且涌入电流已经过去)之后对电力存储电路(例如，超级电容器)充电。例如，在执行了加电操作或热插拔操作且经过了一段时间(例如620ms)之后对电力存储电路(例如，超级电容器)充电。这里，经延迟单元232延迟的施加第二电力PWR2的时间点不局限于本公开，其可以被不同地改变为在产生涌入电流之后的任何时间。
在根据本发明构思的一些实施例中，在出现涌入电流时，如在加电后或热插拔数据存储设备后不久，第一电力PWR1是施加到数据存储设备的唯一电力。直到已经出现过涌入电流之后(即，涌入电流已经过去)，才将第二电力PWR2(例如12V)提供到电力存储电路，从而使得与对超级电容器(用作辅助电力)充电相关联的电流不会与涌入电流同时出现。这意味着，在产生涌入电流时可以避免数据存储设备的较大功耗。结果，可以避免意外的系统故障，并提供对数据存储设备的安全稳定的操作。
利用上述涌入电流减小方案，仅仅通过延迟施加第二电力PWR2的时间点，就可以将数据存储设备1200的功耗减小30％。因此，可以以低成本有效地减小涌入电流。
当将数据存储设备1200用作服务器的海量存储设备或当与系统连接的数据存储设备的数量增加时，根据本发明构思的涌入电流减小效果会增加。将参照图12和图13描述包括多个数据存储设备的数据存储系统。
图10是示出根据本发明构思的另一个示例性实施例的数据存储设备的框图。
参照图10，根据本发明构思的另一个示例性实施例的数据存储设备2000包括快闪存储器2200和存储器控制器2100。
图10中示出的快闪存储器2200与图1中示出的基本相同，因而省略对其的描述。快闪存储器2200可以被配置成具有无源漏闪存结构、针形闪存结构、三维闪存结构和阵列堆叠成多层的堆叠闪存结构。
存储器控制器2100被配置成控制快闪存储器2200。存储器控制器2100基本上与图1中示出的存储设备控制器相同。
RAM 2130可以被用作CPU 2110的工作存储器。主机接口2120可以具有与数据存储设备2000连接的主机的数据交换协议。根据本发明构思的示例性实施例，闪存接口2140可以与快闪存储器2200接口。CPU 2110可以控制存储器控制器2100的数据交换的总体操作。数据存储设备2000还可以包括用于存储用于与主机接口的代码数据的ROM、用于检测和纠正从快闪存储器2200读取的数据中的错误的ECC块等等。
辅助电源2150可以包括能够存储辅助电力的电力存储电路。电力存储电路可以是能够充电和放电的电容器。辅助电源2150能够利用从主机提供的电力对电力存储电路充电。电力存储电路在突然断电时可被用作数据存储设备2000的辅助电力，从而避免数据和计算丢失。
数据存储设备2000可以被配置成在产生涌入电流之后对辅助电源2150的电力存储电路(例如，超级电容器)充电，从而在加电操作或热插拔操作时减小涌入电流的影响。由于在出现涌入电流之后允许对电力存储电路充电，因此可以减小在加电或热插拔操作时数据存储设备2000的功耗。结果，可以避免意外的系统故障现象，并确保数据存储设备2000稳定的运行。
辅助电源2150可以放置在数据存储设备2000的内部或外部。例如，辅助电源2150可以位于主板上，以向数据存储设备2000供应辅助电力。辅助电源2150可以基于上与例如图1和图4中示出的相同。
在一些实施例中，数据存储设备2000可以被用作计算机、便携式计算机、超移动PC(Ultra Mobile PC，UMPC)、工作站、上网本、PDA、上网平板、无线电话、移动电话、智能电话、电子书、PMP(便携式多媒体播放器)、数码相机、数字音频记录器/播放器、数字图片/视频记录器/播放器、电子书、便携式游戏机、导航系统、黑匣子、数码相机、数字多媒体广播(DMB)播放器、三维电视、能够在无线环境发送和接收信息的设备、构成家庭网络的多种电子设备之一、构成计算机网络的多种电子设备之一、构成电子信息通信网络(telematics network)的多种电子设备之一、RFID、或构成计算系统的各种电子设备之一(SSD或存储卡)。
图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的计算系统的示图。
参照图11，计算系统3000包括存储器控制器3120、电源3200、辅助电源3250、CPU 3300、RAM 3400、用户接口3500和与存储器控制器3120连接的快闪存储器3110。图11中示出的快闪存储器设备3110与图1中示出的基本相同，因而省略对其的描述。
如果计算系统是移动设备，则它还可以包括向电源3200供应计算系统的工作电压的电池。尽管在图11中未示出，但计算系统还可以包括应用芯片组、照相机图像处理器(camera image processor，CIS)、可移动DRAM等等。存储器控制器3120和快闪存储器设备3110可以构成固态驱动器/盘(SSD)3100，其使用非易失性存储器来存储数据。
快闪存储器设备3110和/或存储器控制器3120可以包括在各种封装中，如PoP(层叠封装)、球栅阵列(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、塑料带引线芯片载体(PLCC)、塑料双列直插封装(PDIP)、叠片内裸片封装(Die in WafflePack)、晶片内裸片形式(Die in Wafer Form)、板上芯片(COB)、陶瓷双列直插式封装(CERDIP)、塑料标准四边扁平封装(MQFP)、薄型四边扁平封装(TQFP)、小外型封装(SOIC)、缩小型小外型封装(SSOP)、薄型小外型封装(TSOP)、薄型四边扁平封装(TQFP)、系统级封装(SIP)、多芯片封装(MCP)、晶片级结构封装(WFP)、晶片级处理堆叠封装(WSP)等等。
辅助电源3250可以使用来自电源3200的电力向辅助电源3250的电力存储电路(例如，超级电容器)充电。辅助电源230的电力存储电路可被用于避免数据或计算丢失。图11中示出的辅助电源2150可以基本上与例如图1和图4中示出的相同。
计算系统3000可以被配置成在已经出现涌入电流之后允许对辅助电源3250的电力存储电路(例如，超级电容器)充电，从而可以减小在加电操作或热插拔操作时由涌入电流造成的影响。由于电力存储电路在涌入电流产生之后开始充电，所以可以避免在加电或热插拔操作时计算系统3000急剧消耗功率的问题。结果，可以避免意外的系统故障现象，并确保计算系统3000稳定的运行。
当将数据存储设备1200或2000用作服务器的海量存储设备或当与系统连接的数据存储设备的数量增加时，根据本发明构思的涌入电流减小效果会增加。下面将更全面地描述包括多个数据存储设备的数据存储设备。
图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的数据处理系统的示图。在图12中，示例性地图示了数据处理系统4000的例子，该数据处理系统4000使用根据本发明构思的示例性实施例的数据存储设备1200作为服务器的海量存储设备。
参照图12，数据处理系统4000可以包括与诸如LAN的局域网络连接的多个用户系统、多个服务器4101到4104、以太网交换机4150和海量存储设备4200。
数据处理系统4000可以形成附网存储器(network attached storage，NAS)和存储区域网络(storage area network，SAN)。数据处理系统4000可以被配置成在一个海量存储设备4200中聚集分散的数据存储设备并对其进行集中地管理。多个服务器4101到4104可以共同经由以太网LAN卡与以太网交换机4150连接。海量存储设备4200的数据存储空间通过以太网交换机4150分配给服务器4101到4104中的每一个，并且所分配的存储数据空间由与服务器4101到4104连接的用户系统使用。支持上述数据存储方式的海量存储设备4200称为网络存储器。NAS可以通过选择网络作为中间介质来使用以太网，SAS可以通过选择网络作为中间介质来使用光纤通道。
图13是示出图12中图示的海量存储设备的示图。
参照图13，海量存储设备4200可以是包括多个引擎的存储服务器。例如，海量存储设备4200包括至少一个或多个引擎，每个引擎具有8个盘阵列箱(Disk Array Enclosure，DAE)4201到4204。每个DAE包括15个数据存储设备(例如，SSD)1200。因此，一个引擎具有120个数据存储设备1200。如果数据存储设备4200包括八个引擎，则它可以包括960个数据存储设备1200。
图13中图示的数据存储设备1200可以基于上与例如图1中示出的相同。此外，在加电或热插拔操作时应用的涌入电流减小方案可以基本上与应用到例如在图13中图示的数据存储设备1200的相同。
如图8中所示，涌入电流可以大于在正常操作时的电流。此外，当图12和图13中的数据存储系统4000包括多个，例如960个，数据存储设备1200时所产生的涌入电流可以增加许多倍。但是，通过根据本发明构思的示例性实施例的涌入电流减小方案也可以有效减小这样的涌入电流。
海量存储设备4200可以被配置成在产生涌入电流之后对数据存储设备1200内的辅助电源2150的电力存储电路(例如，超级电容器)充电，从而减小在加电操作或热插拔操作时因涌入电流造成的影响。由于在涌入电流已经出现之后才允许开始对电力存储电路充电，因此可以避免在加电或热插拔操作时数据处理系统4000具有较高的功耗。结果，可以避免意外的系统故障，并提供对数据处理系统4000的安全稳定的操作。
上面公开的主题应被认为是说明性的而非限制性的，并且权利要求意图覆盖落入真实精神和范围内的所有这些修改、增强及其他实施例。因而，在法律允许的最大限度内，发明范围由对权利要求及其等效物的可允许的最宽泛解释来确定，不应受到前述具体描述的限制或局限。

Claims (20)

1.一种操作数据存储设备的方法，包括：
对包括半导体存储器作为主存储单元的数据存储设备加电或热插拔，以向数据存储设备供应第一电力和第二电力；
经由延迟单元向数据存储设备的辅助电源供应第二电力；
向数据存储设备的内部元件供应第一电力，由加电或热插拔导致第一电力的涌入电流，其中第一电力不受干涉地绕过延迟单元；
在第二电力被施加到数据存储设备之后且在通过利用延迟单元延迟将电力施加到辅助电源而经过了预定时间之后开始用第二电力对辅助电源充电，以使得在开始对辅助电源充电之前，由加电或热插拔导致的涌入电流已经过去；以及
在数据存储设备失去供电时，从辅助电源向数据存储设备的内部元件供电。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在产生涌入电流之后执行对辅助电源的充电。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在向数据存储设备的内部元件供电结束之后执行对辅助电源的充电。
4.如权利要求1所述的方法，其中，第一电力和第二电力包括不同的电压电平。
5.如权利要求1所述的方法，其中，第一电力和第二电力包括相等的电压电平。
6.一种数据存储设备，包括：
至少一个非易失性存储器，其包括在主存储单元中；
存储设备控制器，其控制所述至少一个非易失性存储器的操作；以及
辅助电源，其被配置成在断电时向所述至少一个非易失性存储器和存储设备控制器提供辅助电力，并且包括延迟单元，其被配置成将用于对辅助电源充电的电力延迟预定时间，
其中，辅助电源被配置成在电力被施加到数据存储设备之后且在通过利用延迟单元延迟将电力施加到辅助电源而经过了预定时间之后开始充电操作，以使得在开始对辅助电源充电之前，由加电或热插拔操作所产生的涌入电流已经过去。
7.如权利要求6所述的数据存储设备，其中，在向所述至少一个非易失性存储器和所述存储设备控制器供电结束之后开始辅助电力的充电操作。
8.如权利要求7所述的数据存储设备，其中，向所述至少一个非易失性存储器和存储设备控制器提供的电力以及用于对辅助电源充电的电力是从外部设备供应的。
9.如权利要求6所述的数据存储设备，还包括：
电源，其被配置成供应向所述至少一个非易失性存储器和存储设备控制器提供的电力和用于对辅助电源充电的电力。
10.如权利要求9所述的数据存储设备，其中，电源包括电池。
11.如权利要求6所述的数据存储设备，其中，辅助电源包括：
充电单元阵列，其包括至少一个充电单元；以及
充电器，其被配置成利用经延迟单元延迟的电力对至少一个充电单元充电，
其中，所述充电单元阵列将来自至少一个充电单元的电力作为辅助电力提供给所述至少一个非易失性存储器和存储设备控制器的内部元件。
12.如权利要求11所述的数据存储设备，其中，所述至少一个或多个充电单元包括超级电容器。
13.如权利要求11所述的数据存储设备，其中，所述延迟单元包括555定时器电路，其被配置成基于耦合到该555定时器电路的电阻器和电容器设置延迟时间。
14.如权利要求13所述的数据存储设备，其中，延迟时间被设置为在涌入电流已经出现之后允许充电。
15.一种用户设备，包括：
主机；和
数据存储设备，其响应于从主机接收的命令读取或写入数据，
其中，该数据存储设备包括：
至少一个或多个非易失性存储器，其用作主存储单元；
存储设备控制器，其控制所述至少一个或多个非易失性存储器的写入、擦除和读取操作；以及
辅助电源，其在断电时向所述至少一个或多个非易失性存储器和存储设备控制器提供辅助电力，并且包括延迟单元，其被配置成将用于对辅助电源充电的电力延迟预定时间，
其中，辅助电源在电力被施加到数据存储设备之后且在通过利用延迟单元延迟将电力施加到辅助电源而经过了预定时间之后开始执行充电操作，以使得在开始对辅助电源充电之前，由加电或热插拔操作所产生的涌入电流已经过去。
16.一种数据处理系统，包括：
与局域网络连接的多个用户；
海量存储设备，其具有多个数据存储设备；
以太网交换机，其与海量存储设备连接；和
多个服务器，其向用户提供经由以太网交换机分配的海量存储设备的数据存储空间，
其中，所述多个数据存储设备中的每一个包括：
用作主存储单元的至少一个或多个非易失性存储器；
存储设备控制器，其控制所述至少一个或多个非易失性存储器的写入、擦除和读取操作；以及
辅助电源，其在断电时向所述至少一个或多个非易失性存储器和存储设备控制器提供辅助电力，并且包括被配置成将用于对辅助电源充电的电力延迟预定时间的延迟单元，并且该辅助电源在电力被施加到数据存储设备之后且在通过利用延迟单元延迟将电力施加到辅助电源而经过了预定时间之后开始执行充电操作，以使得在开始对辅助电源充电之前，由加电或热插拔操作所产生的涌入电流已经过去。
17.如权利要求16所述的数据处理系统，其中，所述海量存储设备包括至少一个或多个引擎，每个引擎具有多个盘阵列箱，所述多个盘阵列箱中的每一个具有多个数据存储设备。
18.如权利要求16所述的数据处理系统，其中，在向所述至少一个或多个非易失性存储器和存储设备控制器的内部元件供电结束之后开始辅助电力的充电操作。
19.如权利要求16所述的数据处理系统，其中，辅助电源包括：
延迟单元，其将用于对辅助电源充电的电力延迟预定时间；
充电单元阵列，其具有至少一个或多个充电单元；以及
充电器，其利用经延迟单元延迟的电力对一个或多个充电单元充电，
其中，所述充电单元阵列将由至少一个或多个充电单元所充的电力作为辅助电力提供给所述至少一个或多个非易失性存储器和存储设备控制器的内部元件。
20.如权利要求19所述的数据处理系统，其中，所述至少一个或多个充电单元包括充电大量电流的超级电容器。
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